第9单元土壤养分与施肥

复习提问：植物营养特点？新课导入：给植物提供的粮食要想让植物顺利吸收，除了要了解养分在土壤中的转化与运动规律，还要知道植物对养分的要求。讲授内容：第九单元土壤养分与施肥9.1土壤养分9.1.1土壤中的养分状况一、植物体的元素组成及含量植物究竞由那些元素组成，这是研究植物营养首先需要解决的问题，我们需要借助化学分析来测定植物的元素组成。新鲜植物经100度烘干含税75—95%含干物质5—25%干物质再经600度灼烧，C、H、O、N变成气体挥发，剩余为灰分元素Ca、Mg、K、Si、P、S、Cl、Na、Fe、Mn、Zn、B、Ba、Cu、Mo、Ni、Co等几十种元素，有些元素由于含量太低目前无法检测出来。这说明植物的元素组成非常复杂，通过大量的分析发现：1．不同的植物以及同一植物的不同器官，元素组成和含量差异很大。比如水稻，小麦、玉米等禾本科作物含Si较多，块根、块茎作物（甘薯、马铃薯、甜菜）含K、Na较多，豆科作物含N、P较多。同一种作物的不同器官中，种子中含N、P较多、茎杆中含Ca、Si、Cl、Na较多。这说明作物对养分的吸收主要是受作物本身的遗传特性所控制。2．作物的生长环境不同，元素组成和含量也不同，比如盐土地上生长的植物含Na较多，酸性土壤上生长的植物含Al较多。这说明植物对养分的吸收还受到环境条件的影响，所以植物体内所含有的这许多的元素，并非都是植物的必需营养元素，有的元素可能是被植物偶然吸收进去而且还能在植物体内大量累积，而有的虽然在植物体内含量很少，却是植物生长发育必需的营养元素，所以对植物体内元素的化学测定还不能确定哪些是植物的必需营养元素。二、植物生长发育的必需营养元素（一）判断植物必需营养元素的标准1939年Arnon和Stout提出判断高等植物必需营养元素的三条标准。1．缺少该元素，植物不能完成其正常的生活周期。2．缺少该元素，植物呈现专一的缺素症，只有补充该元素症状才能减轻或消失，其它元素不能代替它的功能。3．该元素在植物营养上是直接参与植物代谢作用，并非由于改善于植物的生活条件所起的间接作用。只有满足这三个条件才能称为必需营养元素。（二）必需营养元素的组成自从1860年德国的科学家Sachs用水培法培养植物成功从来，经过许多科学家的努力，到目前确定的必需营养元素共有17种：非必需营养元素：在植物的元素组成中，除了这17种必需营养元素外，其它的元素并非所有的高等植物所必需，这些元素目前我们称为非必需营养元素。有益元素：在植物的非必需营养元素中，有的元素为某些植物类群所必需，有的元素对植物有刺激生长的作用，目前我们称这些元素为有益元素。如：硅（Si）、钠（Na）、钴（Co）、硒（Se）、镍（Ni）。比如Si对水稻的生长是必需的,缺Si会导致水稻空秕率上升，千粒重下降；Na对甜菜的生长有良好的效应，能部分代替K的作用，Se对一般的植物是有毒的，但对于黄芪、紫云英，非但无度而且能在植物体内大量累积；Co对豆科作物的生长有良好的作用，它是根瘤菌固氮酶的重要组分。（三）必需营养元素的分组1．必需营养元素的分组按照必需营养元素在作物体内的含量可以把必需营养元素分为必需营养元素的来源：碳(C)和氧(H)来自空气中的二氧化碳氢(H)和氧(O)来自水其它的必需营养元素几乎全部是来自土壤。2.肥料的三要素肥料三要素：大量元素中的N、P、K，我们称之为肥料三要素或作物营养三要素。三、必需营养元素之间关系（一）必需营养元素的同等重要，不可代替规律植物的必需营养元素在植物体内无论数量的多少都是同等重要的，任何一种营养元素的特殊功效都不能被其它元素所代替。比如K的化学性质与Na相似，K+的大小与NH4+相近，但在作物营养上Na+、NH4+都不能代替K+的作用。（二）必需营养元素之间相互作用1.拮抗作用：某一种离子在存在会抑制作物对象外一种离子的吸收，拮抗作用主要发生在阳离子和阳离子之间，阴离子和阴离子之间。应用：由于离子间存在于拮抗作用，在农业生产上要注意离子间的拮抗作用。2．离子间的协助作用：指一种离子的存在会促进作物对另外一种离子的吸收，离子间的协助作用主要表现在阳离子与阴离子之间或阴离子与阳离子之间。课堂小结：今天我们讲授了植物体的元素组成及含量、植物生长发育的必需营养元素、必需营养元素之间关系，重点掌握必需元素的种类、分组、判断标准。作业：P129：1、2板书设计：9.1.1土壤养分状况一、土壤中的元素组成及含量二、植物生长发育的必需营养元素（一）判断植物必需营养元素的标准（二）必需营养元素的组成（三）必需营养元素的分组三、各个营养元素之间关系（一）营养元素的同等重要，不可代替规律（二）营养元素之间相互作用课后小结：见首页复习提问：氮磷钾被称“肥料三要素”的根据？新课导入：植物对养分的吸收是一个复杂的过程，本节就介绍职务的主要吸收方式与特点，为施肥技术奠定基础。主要内容：9.1.2植物对养分的吸收一、根系对养分的吸收根系是植物吸收养分的物质器官也是地上部分生长良好的基础，植物通过根系吸收养分的现象称根部营养（一）根系吸收养分的部位通过研究发现，根部吸收养分最活跃的部位是根尖以上的分生区，大概距根尖1cm左右这一部位。由于根系吸收养分最活跃的部位处在根尖以上的分生区，对于水稻或其它需要移栽的作物，在移栽时要尽量减少根端的脱落，有利于作物提前返青。追肥的时候要考虑到根系吸收养分的部位下移，要深追，尤其是在土壤中移动性小的P、K肥。（二）根系吸收养分的形态根系吸收养分的形态有三种：气态(CO2、O2、SO2水汽等)，离子态（NO3-、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-）有机分子态（尿素、氨基酸、糖类、维生素、抗生素、磷脂）。（三）土壤养分向根表迁移的途径1．截获：根系在土壤中伸展，能够从与它相接触的土壤颗粒的表面或土壤溶液中直接截取养分，而不需要通过土壤溶液，这一过程称为截获。根系靠截获得到养分数量的多少，主要取决于根系的数量以及根系与土壤的接触面积，而根系与土壤的接触面积很小，所以靠截获得到的土壤养分数量很少，只占植物吸收养分总量的很少一部分，（0.2—10%）2．扩散：由于植物根系不断吸收养分，使根表周围的土壤溶液浓度降低，使根表土壤与土体之间形成养分浓度差，于是养分就顺着浓度梯度不断地由浓度高的土体向浓度低的根表土壤移动，这一过程称为扩散。扩散的推动力是养分浓度差，影响扩散的因素主要有：A、土壤水分含量：土壤水分含量越高，扩散速率越大。比如土壤含水量从4%30%，K+的扩散率40%95%。B、土壤溶液中离子的浓度；浓度↑，扩散速率↑。C、根系的活力：根系活力越旺盛，需要养分越多，扩散速率越大。3．质流：由于植物的蒸腾作用消耗掉根表土壤中大量水分，土体中的水分不断向根表移动，溶解在土壤水分中的养分随之流向根表。特点：质流方式迁移养分的距离较长，是土壤养分向根表移动、特别是土体中长距离养分迁移的主要方式。NO3-、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-等养分离子主要是以质流方式向根表迁移。影响因素：受作物蒸腾量和土壤溶液的养分浓度的影响。一般，作物蒸腾量大、土壤溶液的养分浓度高，养分以质流的方式迁移的量就大。扩散和质流是土壤养分向根表迁移主要的途径和方式，扩散是短距离养分迁移的主要方式，它的推动力是养分浓度差，而质流是长距离养分迁移的主要方式，它的推动力是蒸腾作用所引起的水势差。（四）根部对无机态养分的吸收根系与土壤粘粒之间的这种接触代换客观上是存在的，但是只占次要的地位，没有太多的实际意义，主要因为这种接触代换，只有土壤固相和液相不平衡的条件下才会发生，而两相平衡时，离子完全可以通过扩散和质流达到根表，再则这种代换的结果只是吸附在细胞壁上，而从细胞壁到细胞膜，还有相当一段距离，必须通过质流和扩散进行再代换才能达到原生质膜，实际意义很小。离子透过质膜进入细胞内既有主动吸收，也有被动吸收。1．被动吸收：离子透过质膜进入细胞内的被动吸收方式主要有简单扩散和杜南扩散。a:简单扩散：当某一种离子膜外的浓度大于膜内浓度时，离子可顺着浓度梯度，由膜外向膜内移动，直到膜内外两侧离子浓度达到平衡时，离子就不再移动，这就是简单扩散。b:杜南扩散：植物的原生质膜是一层半透性膜，大分子的蛋白质不能自由移动，而原生汁内存在大量的蛋白质，以带负电荷为主，这种负电荷可以引起阳离子的被动吸入。这种带负电荷的蛋白质越多，吸入的阳离子也越多。2．主动吸收：需要代谢能参与，离子逆着电化学势梯度而被选择吸收的过程。特点：代谢性吸收，需代谢能，逆电化学势梯度，选择性吸收。离子如何有选择性地逆电化学势梯度进入细胞内，目前被人们所普遍接受的是载体学说和离子泵学说。（五）根部对有机态养分的吸收植物根系不仅能吸收无机养分，也能吸收有机态养分这一点已经通过灭菌培养、示踪元素试验得到证明。比如：水稻的幼苗可吸收各种氨基酸和酰胺：甘氨酸、丙氨酸、组氨以、丝氨酸、天门冬酰胺。根部对有机态养分的吸收主要有以下一些特点。1．脂溶性的有机分子，大部分比较容易被吸收，脂溶性越大，越容易被吸收。2．小分子的有机分子，比较容易被吸收，大分子的有机分子既使溶于脂相，也难于被吸收，也就是说分子量越小越容易被吸收利用。3．当质膜处液晶态时，有机分子容易进入细胞内，处在凝胶态时则难以进入胞内。二、根外营养（叶部吸收）根外营养是矿质养分以气态（如SO2、CO2、NH3、NOx等）或水溶液通过气孔和角质层进入茎、叶的一种途径。叶片角质层和气孔是叶片吸收养分的部位。叶片角质层的厚薄及气孔的多少影响进入细胞养分的多少和快慢。（一）、根外营养的机制水生植物的叶片是吸收矿质养分的部位，而陆生植物因叶表皮细胞的外壁上覆盖有蜡质及角质层，对矿质元素的吸收有明显障碍。角质层有微细孔道，也叫外质连丝，是叶片吸收养分的通道。（二）根外营养的特点1．直接供给植物养分，可防止养分在土壤中的固定和转化。根外追肥可以使养分直接与植物体接触，无需经过土壤这样既可以使植物及时获得养分，又能避免养分在土壤中的固定和转化。比如H2PO4-、Mn2+、Cu2+、Fe2+这些养分如果施入土壤，很容易被土壤固定，而降低有效性，采用根外追肥可避免固定而提高利用率，另外一些生理活性物质比如赤霉素、B9，施入土壤易被土壤微生物分解而失去有效性，采用根外追肥可以克服这种缺点。2．根外营养养分吸收转化比根部快，能及时满足作物需要通过试验发现，用P32涂于棉花的叶部，5分钟后各个器官中已有相当数量的P32分布，尤其是根、生长点、嫩叶中较多，10昼夜后P32的分布达到最高峰。但是如果采用根部施用，15昼夜后棉花体内P32的分布仅相当于叶部施用5分钟时的情况。另外尿素施入土壤4—5天才见效，而叶部喷施，只需1—2天就见效，这都说明叶部施肥的吸收和转移速度快，所以根外追肥这一技术措施可用来防止某些缺素症和作物受自然灾时需要及时补充养分的补救措施。3．叶部营养与根部营养相互促进相互补充。通过实验发现，根外营养可调节和促进酶的活性，提高光合作用和呼吸作用的强度，直接影响到作物体内一系列重要的生理活动过程，同时也能改善作物对根部有机态养分的供应，增加根系吸收水分和养分的能力，所以适时喷施某些营养元素，能调节和促进酶的活性，使植物生长健壮，增加抗逆性从而达到提高产量，改善品质的目的。在作物生长前期，喷施尿素等N肥，可以促进作物体内酶所作用的合成过程，使作物营养生长旺盛；在作物生长中后期喷施P、K肥，可促进作物体内酶所作用的分解过程，有利于叶片中的有机物向贮藏器官转移，有利于生殖生长；在作物的开花期喷施B肥，有利于种子的形成。4．根外追肥减少肥料用量，提高经济效益。根外追肥的数量一般只需要土壤施肥的10—20%。所以对供给作物微量元素来讲是一种经济、有效的措施，但对于大量元素来讲，因为作物需要量大，而喷施的浓度要求很低，如果仅靠根外追肥满足作物大量元素的需要，势必要增加喷施次数，费工费时，而且效果也不一定好，所以大量元素肥料应以土壤施肥为主，根外追肥为辅。总体上讲，根外追肥虽然具有许多土壤施肥没有的优点，但它代替不了土壤施肥，根外追肥只能作为土壤施肥的一